CN110094449B - 一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以金属橡胶作为补偿的磁流变悬置。该悬置有传感器、控制器、补偿装置、阻尼缓冲装置等部分组成。通过模糊控制器对传感器采集到的加速度、位移等动态信号进行处理，控制流过缠绕在活塞上线圈电流的大小，继而控制磁流变效应改变装置的阻尼力。从而达到减弱发动机振动的目的。该款悬置结构简单，具有极强的可替换性，由于采用了剪切模式悬置具有极快的响应速度、并且该装置采用了金属橡胶作为补偿装置充分的发挥了金属橡胶小位移大刚度、寿命长的优势，并且活塞的特殊结构极大的降低了电流损耗，使得装置的功率低，耗能小，由于装置活塞的特殊结构使得活塞、以及磁流变液的发热低，提高了磁流变液体的次流变效应。

Description

一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置

技术领域

本发明涉及冲击振动、缓冲、磁流变、金属橡胶等领域，具体为一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置，应用于各种军民车辆的发动机、航空、航天、各种船舶发动机的主动隔振与噪声控制。

背景技术

发动机在为机械设备提供强劲动力的同时会产生高频、激烈的振动激励，这种振动对于发动机以及设备本身产生严重的危害。寻求一种积极可靠的隔振技术就变得非常的迫切。振动隔振技术已经从简单依靠橡胶、弹簧、或者采用金属橡胶这些被动的隔振技术到现在依靠感应器感受到振动压力信号、作动器输出相反方向的力以抵消振动的主动隔振技术，但振动噪声控制仍存在许多技术缺陷。被动式的隔振器虽然简单可靠，但是其刚度不可调控，只能在特定的频率下起到隔振作用，特别是低频振动噪声抑制困难。现有的主动式隔振装置大多为电磁主动器与被动隔振器并联，这类隔振器虽然刚度可调，隔振效果明显，但系统参数无法随时间和激励变化自适应调节。而现有的磁流变悬置常常使用橡胶主簧，这种主簧虽然效果明显，但是寿命低，并且一旦主簧损坏，整个悬置报废。因此这种悬置的寿命极低。

为克服以上产品的缺点，本发明产品是将可控的磁流变主动隔振技术与金属橡胶被动式隔振技术有机整合，吸取了两种技术优势从而使得隔振效果更加显著，实现低频与高频振动、系统参数可以随时间和激励变化自适应调节的主动振动噪声控制。并且本发明的活塞采用结构可以有效的降低磁芯的涡流损耗，降低装置液体的温度，提高装置的寿命以及整体性能，另外可应用环境更广、产品的可靠性更高、各部件的可替换性更强，生产成本更低、市场前景更广。

发明内容

本发明为了解决现有产品技术问题而使发动机隔振技术更加的成熟，提供了一种隔振悬置结构。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置，包括外缸筒，所述外缸筒内安装内筒，所述内筒上端安装内筒端盖，所述内筒端盖中心孔密封圈穿过压缩杆，所述压缩杆的中部具有台阶段，所述压缩杆下端安装活塞，所述活塞外缠绕有电磁线圈；所述外缸筒内上部设有内隔板，所述压缩杆的台阶段穿过外缸筒的内隔板后安装外端盖，所述外端盖位于压缩杆的上台阶处，所述外端盖与内隔板之间安装金属橡胶；所述外端盖和外缸筒之间设有防尘圈；所述压缩杆开有引线孔，所述电磁线圈通过引线与控制器连接；所述内筒内装有磁流变液。

使用时，将该装置安装于发动机四角，通过其下缸盖的安装孔安装于机架上。工作处于压缩行程时，外端盖受压，压缩金属橡胶，与此同时外端盖也下压压缩杆，压缩杆带动活塞向下运动，当外端盖运动时加速度传感器获取发动机的加速度信息并将信息传递给控制器，控制器时刻计算当前需要的最佳缓冲阻尼力后控制电磁线圈上的电流大小，使得在活塞与内筒之间的间隙处产生磁场。当活塞在压缩杆的带动下向下运动时，内筒的磁流变液体通过活塞与内筒的间隙处的磁场产生磁流变效应后流入到内筒上端。当压缩行程结束时金属橡胶反弹使外端盖复位，加速度传感器在此获取缸盖的振动信息，并将信息传递给控制器，控制器控制电磁线圈上的电流，使得在活塞与内筒之间的间隙处产生磁场。当活塞在压缩杆的带动下向上运动时，上缸筒的液体通过活塞与内筒之间的间隙处产生磁场产生磁流变效应后向下运动流入到内筒下端，至此装置完成一次振动。

本发明所述装置由传感器、控制器、补偿装置、阻尼缓冲装置等部分组成。通过控制器对传感器采集到的加速度、位移等动态信号进行处理，控制流过缠绕在活塞上线圈电流的大小继而控制磁流变效应改变装置的阻尼力，从而达到减弱发动机振动的目的。该款悬置结构简单，具有极强的可替换性，由于采用了剪切模式悬置具有极快的响应速度、并且该装置采用了金属橡胶作为补偿装置充分的发挥了金属橡胶小位移大刚度、寿命长的优势，并且活塞的特殊结构极大的降低了电流损耗，使得装置的功率低，耗能小，由于装置活塞的特殊结构使得活塞、以及磁流变液的发热低，提高了磁流变液体的磁流变效应。

本发明装置具有如下优点：

1、由于本发明采用剪切模式使得本发明的响应速度极快。

2、由于本发明的活塞采用了多层叠加的形式，使得本发明线圈磁芯的涡流损耗极低，有力的克服了以往磁流变悬置线圈磁芯严重发热的情况，使得装置可以长时间通电工作。这也极大的提高了电流的利用率降低了装置的整体功耗。

3、由于本发明极大的克服了线圈磁芯发热的情况，可以更好的控制装置内液体的温度，可以更好的发挥磁流变液的性能。

4、由于本发明采用了金属橡胶作为补偿装置，补偿装置充分的发挥了金属橡胶小位移大刚度、寿命长的优势。

5、本发明装置将补偿装置与磁流变部分分开布置，可以极大的提高装置的可互换性，提高了装置的寿命。

本发明设计合理，具有很好的实际应用及推广价值。

附图说明

图1表示本发明的整体结构图。

图2表示本发明的端盖结构图。

图3表示本发明的外缸筒。

图4表示本发明活塞结构图。

图中：1-外缸筒，1a-内隔板，1b-安装孔，2-内筒，3-内筒端盖，4-外端盖，5-压缩杆，6-金属橡胶，7-活塞，8-线圈，9-加速度传感器，10-密封圈，11-防尘圈，12-控制器，13-电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置，包括加速度传感器、控制器、可控阻尼发生器和金属橡胶补偿等部分；阻尼发生器由活塞、活塞杆、以及内缸筒组成，金属橡胶补偿部分由上端盖、金属橡胶、外缸筒、压缩杆等组成。具体结构如图1所示，包括外缸筒1（如图2所示），外缸筒1内安装内筒2，内筒2上端安装内筒端盖3，内筒端盖3中心密封穿过压缩杆5，压缩杆5的中部具有台阶段，压缩杆5下端安装活塞7，如图4所示，活塞7由圆盘叠片堆叠构成，每块圆盘叠片均涂有绝缘漆，活塞7外缠绕有电磁线圈8；外缸筒1内上部设有内隔板1a，内隔板1a中心向四周倾斜，压缩杆5的台阶段穿过外缸筒1的内隔板1a后安装外端盖4（如图2所示），外端盖4位于压缩杆5的上台阶处，外端盖4与内隔板1a之间安装金属橡胶6；外端盖4和外缸筒1之间设有防尘圈11；压缩杆5开有引线孔，电磁线圈8通过引线与控制器12连接；内筒2内装有磁流变液。

具体实施时，外端盖为顶端带有圆形凸起，圆形凸起的两侧切去一部分便于连接固定，突起的顶端开有贯通式的螺纹孔，用于安装压缩杆，端盖下部的内侧开有沟槽用来安装防尘圈。

外缸筒的底部是一个正方形底板，且在底板的中心开孔并且在四个角上开有固定用的螺纹安装孔，上部分为圆柱式的圆筒，在圆筒的内侧带有一定角度的内隔板，用作支撑上金属橡胶承受力。

活塞由不同直径的圆盘叠片组成，每个圆盘叠片的中心开有相同孔径的圆孔，且每个圆盘叠片均涂有绝缘漆。上部圆盘叠片和下部圆盘叠片的直径较大，中间部分的圆盘叠片的直径较小，活塞依靠不同直径的圆盘组装起来，实现线圈槽，并且上端较大的圆盘叠片靠近边缘处开有导线孔。由于以往的磁芯结构是一个较大块的导体，当其处于变化的磁场中时，其内部会产生感应电动势，形成涡流，引起较大的涡流损耗，线圈发热。当把整个磁芯结构分成较小的多个薄片体，并在每个薄片上均匀涂上绝缘漆，当磁场再次穿过这个小薄片体时，涡流被限制在这些狭小的回路中，这些回路的净电动势较小，产生的涡流损耗也小。本发明的活塞磁芯为磁路的一部分，因此在选择磁芯材料的时候必须考虑磁芯磁饱和的情况（选择磁芯材料为DT4，因为磁芯作为磁路的一部分，且根据磁场分布规律以及多次的电磁仿真结果来看，在整个磁路各个部分磁通量是一致的，当磁路的每一部分磁场饱和时，整个磁路的磁场强度便不会变化，因此为了使得在磁流变液达到最好的流变效果，磁路各处的磁场必须在磁流变液工作处的磁场达到饱和后再发生磁饱和），然而现有的多层薄片式的铁芯仅仅是为了增强磁场并不属于磁路的一部分。

阻尼发生器的内筒为一端封闭，一端开口且在开口端带有内螺纹的圆柱筒，材料为DT4。

阻尼发生器的压缩杆为多阶梯杆，杆的中心开有导线孔，压缩杆的台阶段的下台阶位于内筒端盖上部，当达到最大压缩行程时，该下台阶处与内筒端盖接触；压缩杆的台阶段的上台阶处安装外端盖，则外端盖可驱动压缩杆向下运动。

加速度传感器收集发动机传递出的激励，并将激励传递给控制器。控制器对采集到的信号进行处理，并控制活塞线圈上电流的大小。

装配时，压缩杆5穿过外缸筒1的内隔板1a的中孔，将金属橡胶6安放在外缸筒1的内隔板上，压缩杆5穿过外端盖4，将活塞7的圆盘安装在压缩杆5的下端，并将线圈8缠绕在活塞7上，将外端盖4安装在外筒1上，内筒端盖3通过螺纹内筒2连接起来，内筒2通过螺纹与外缸筒1连接。

使用时，装置位于发动机四角，外端盖4连接发动机，将螺栓穿过外缸筒1底座上的安装孔1b将悬置与车体相连接。

工作时，压缩行程时，外端盖4受压，压缩金属橡胶6，与此同时外端盖4也压缩压缩杆5，压缩杆5带动活塞7向下运动，当外端盖运动时加速度传感器9获取发动机的加速度信息并将信息传递给控制器12，控制器12控制线圈8上的电流，使得在活塞7与内筒2之间的间隙处产生磁场。当活塞7在压缩杆5的带动下向下运动时，下缸筒的磁流变液体通过活塞7与内筒2的间隙处的磁场产生磁流变效应后流入到内筒上端。当压缩行程结束时金属橡胶6反弹外端盖4复位，加速的传感器9在此获取外端盖4的振动信息，并将信息传递给控制器，控制器控制线圈8上的电流大小，使得在活塞7与内筒2之间的间隙处产生磁场。当活塞7在压缩杆5的带动下向上运动时，内筒的液体通过活塞7与内筒2之间的间隙处产生磁场，产生磁流变效应后向下运动流入到内筒下端，至此装置完成一次振动。

以上具体实施例仅对本发明做示例性的说明，该实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于剪切模式下的低功耗磁流变悬置，其特征在于：包括外缸筒（1），所述外缸筒（1）内安装内筒（2），所述内筒（2）上端安装内筒端盖（3），所述内筒端盖（3）中心密封穿过压缩杆（5），所述压缩杆（5）的中部具有台阶段，所述压缩杆（5）下端安装活塞（7），所述活塞（7）外缠绕有电磁线圈（8）；所述外缸筒（1）内上部设有内隔板（1a），所述压缩杆（5）的台阶段穿过外缸筒（1）的内隔板（1a）后安装外端盖（4），所述外端盖（4）位于压缩杆（5）的上台阶处，所述外端盖（4）与内隔板（1a）之间安装金属橡胶（6）；所述外端盖（4）和外缸筒（1）之间设有防尘圈（11）；所述压缩杆（5）开有引线孔，所述电磁线圈（8）通过引线与控制器（12）连接；所述内筒（2）内装有磁流变液；所述活塞（7）由圆盘叠片堆叠构成，采用DT4制作，每块圆盘叠片均涂有绝缘漆；所述外缸筒（1）的内隔板（1a）中心向四周倾斜，所述外端盖（4）上安装加速度传感器（9），所述加速度传感器（9）连接控制器（12）。

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